DE2826212A1 - Betaetigungsvorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Betätigungsvorrichtungen, und auf Ventile mit derartigen Betätigungsvorrichtungen.

Gemäß der Erfindung ist eine bistabile Betätigungsvorrichtung mit einem Magnetbauteil, das in einem Gehäuse aus magnetischem Material zwischen zwei Positionen verschiebbar angeordnet ist, in deren jeder das Bauteil positiv in der Nähe eines entsprechenden Permanentmagneten angeordnet ist, gekennzeichnet durch eine Polstückvorrichtung, die zentrisch zwischen den Permanentmagneten angeordnet ist und sich von dem Gehäuse in die Nähe des beweglich befestigten Bauteiles erstreckt, und eine getrennte Spule, die innerhalb des Gehäuses zwischen der Polstückvorrichtung und jedem Permanentmagnet zur Erregung angeordnet ist, damit dem von dem benachbarten Permanentmagneten erzeugten Magnetfluß zumindest entgegengewirkt und eine Bewegung des Bauteiles ermöglicht wird.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist eine bistabile Betätigungsvorrichtung mit einem Magnetbauteil, das in einem Gehäuse aus magnetischem Material zwischen zwei Positionen verschiebbar beweglich ist, in deren jeder das Bauteil positiv in der Nähe eines entsprechenden Permanentmagneten angeordnet ist, gekennzeichnet durch eine Polstückvorrichtung, die zentrisch zwischen den Permanentmagneten angeordnet ist und sich von dem Gehäuse in einen Schlitz erstreckt, der in dem beweglich befestigten Bauteil ausgebildet ist, und eine getrennte Spule, die innerhalb des Gehäuses zwischen der Polstückvorrichtung und jedem Permanentmagneten zur Erregung angeordnet ist, damit dem von dem benachbarten Permanentmagneten erzeugten Magnetfluß zumindest entgegengewirkt und eine Bewegung des Bauteiles ermöglicht wird.

Die Betätigungsvorrichtung ist vorzugsweise zylindrisch ausgebildet, und die Permanenten besitzen jeweils einen axialmagnetisierbaren Ringmagneten, der vorzugsweise aus Samarium-Kobalt besteht. Jeder Ringmagnet kann auf einem Trägerbauteil aus magnetischem Material angeordnet sein, der an dem Gehäuse anliegt.

Die Permanentmagneten sind beispielsweise so angeordnet, daß gleiche Pole gegen das beweglich befestigte Bauteil gerichtet sind, wobei beide Spulen in Reihe oder parallel erregt werden, damit eine Verschiebung des beweglich befestigten Bauteiles erzielt wird.

Andererseits können die Permanentmagneten so angeordnet sein, daß ungleiche Pole gegen das beweglich befestigte Bauteil gerichtet sind, wobei die Spule in der Nähe des Permanentmagneten, die das Bauteil festlegt, so erregt wird, daß eine Verschiebung des Bauteiles erzielt wird.

Nach einer speziellen Ausführungsform der Erfindung ist eine Puffervorrichtung auf dem beweglich befestigten Bauteil oder auf der Polstückvorrichtung angeordnet, damit gewährleistet wird, daß ein solches Bauteil im Abstand von den Permanentmagneten gehalten wird.

Das beweglich befestigte Bauteil kann dabei das Durchflußsteuerbauteil eines Strömungsmittelsteuerventils aufweisen oder enthalten.

Ferner wird mit vorliegender Erfindung vorgeschlagen, daß zwei Strömungsmittelkanäle in das Gehäuse in der Nähe eines jeden Permanentmagneten führen, wobei ein Paar durch das beweglich befestigte Bauteil geschlossen und das andere Paar in das Innere des Gehäuses für eine Position des beweglich befestigten Bauteiles und umgekehrt für die andere Position des beweglich befestigten Bauteiles geöffnet ist.

Das beweglich befestigte Bauteil kann die Hülse eines Hülsen-Schieberventiles aufweisen oder enthalten, wobei der Schieber die Polstückvorrichtung aufweist oder enthält.

Ferner kann das beweglich befestigte Bauteil das Steuerbauteil eines Tellerventiles aufweisen, und die Polstückvorrichtung kann Einlaß/Auslaß-Öffnungen des Ventiles besitzen.

Nachstehend wird die Erfindung in Verbindung mit der Zeichnung anhand von Ausführungsbeispielen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Seitenschnittansicht einer bistabilen Betätigungsvorrichtung,

Fig. 2 eine Seitenschnittansicht eines bistabilen Schaltventiles,

Fig. 3 eine Seitenschnittansicht eines Hülsen-Schieberventiles,

Fig. 4 eine Seitenschnittansicht eines Tellerventils,

Fig. 5 Teilendschnittansichten an den Linien A und B der Fig. 4,

Fig. 6 eine Seitenschnittansicht einer anderen Ausführungsform eines bistabilen Schaltventils,

Fig. 7 eine Seitenschnittansicht einer anderen Ausführungsform eines Hülsen-Schieberventils, und

Fig. 8 eine schematische Darstellung eines Betätigers mit Rückführfedern.

In Fig. 1 ist eine bistabile Betätigungsvorrichtung mit einem zylindrischen Gehäuse 10 aus magnetischem Material mit Endabschlußteilen 11 aus magnetischem Material dargestellt, die Lager 12 aufnehmen, welche eine Welle 13 aus nichtmagnetischem Material längsbeweglich aufnehmen.

In axialer Richtung magnetisierte Ringmagnete 14 und 15 aus Samariumkobalt sind mit entsprechenden Trägerbauteilen 16 und 17 aus magnetischem Material verbunden, die jeweils an einem Endabschlußteil 11 anliegen.

Ein Bauteil aus magnetischem Material bzw. ein Anker 18 ist auf der Welle 13 beweglich zwischen den Magneten 14 und 15 angeordnet. Der Anker 18 ist mit einem Ringschlitz 19 versehen, der sich längs desselben erstreckt, und ein Polstück 20 in Form einer mit Öffnung versehenen Scheibe aus magnetischem Material erstreckt sich vom Gehäuse 10 aus in den Schlitz 19 mit einem sehr geringen Abstand dazwischen. Ein nachgiebiger Pufferring 21 ist im Schlitz 19 an jedem Ende angeordnet; diese Ringe können jedoch auch auf dem Polstück 20 aufgenommen werden. Die Pufferringe 21 stellen sicher, daß der Anker während des Betriebes nicht mit dem Magneten 14 und 15 in Eingriff kommt.

Eine Spule A ist zwischen einem Bauteil 11 und dem Polstück 20 angeordnet und umgibt das Bauteil 16, den Magneten 14 und einen Teil des Ankers 18. In ähnlicher Weise ist eine Spule B zwischen dem anderen Endbauteil 11 und dem Polstück 20 angeordnet und umgibt das Bauteil 17, den Magneten 15 und einen Teil des Ankers 18.

Bei dieser Ausführungsform sind die Permanentmagneten 14 und 15 so angeordnet, daß gleiche Pole dem Anker 18 zugewandt sind. Im Betrieb wird der Anker 18 in seiner Position in der Nähe des Magneten 14 gehalten, wie in Fig. 1 gezeigt, ohne daß eine Erregung der Spule A oder B erforderlich ist. Wenn der Anker 18 in seine andere Position in der Nähe des Magneten 15 bewegt werden soll, werden die Spulen A und B in Serie oder parallel impulserregt, damit ein Magnetfluß erzeugt wird, der dem Permanentmagnetfluß des Magneten 14 entgegenwirkt und den Fluß des Magneten 15 unterstützt. Der Anker verschiebt sich dann in die andere Position in der Nähe des Magneten 15, wo er so lange gehalten wird, bis die Spulen A und B mit entgegengesetzter Polarität impulserregt werden, wodurch der Anker 18 in die Position in der Nähe des Magneten 14 zurückgeführt wird. Die Welle 13 ist mit einem Schalter, Ventil oder einer anderen durch einen solchen Betätiger betätigte Vorrichtung verbunden.

In Fig. 2 ist eine Vorrichtung ähnlich der nach Fig. 1, jedoch in Form eines Schaltventiles dargestellt. Bei dieser Vorrichtung wird die Welle 13 weggelassen und der Anker 18´ wird innerhalb zylindrischer Messingführungen 22 geführt, die sich zwischen den Bauteilen 16´ und 17´ zum Polstück 20 erstrecken.

Die Bauteile 16´ und 17´ sind mit Kanälen 23 ausgebildet, die zu entsprechenden Öffnungen 24 führen. Der Anker 18´ nimmt Puffer- und Abdichtbauteile 25 auf, um die Wirkung der Vorrichtung zu puffern und die Kanäle 23 des benachbarten Bauteiles 16´ oder 17´ abzudichten.

Bei dieser Ausführungsform sind die Magnete 14 und 15 so angeordnet, daß ungleiche Pole dem Anker 18 zugewandt sind. Im Betrieb wird zur Verschiebung des Ankers 18 aus der in Fig. 2 gezeigten Position in Anlage mit dem Bauteil 17´ die Spule A impulserregt, so daß ein Magnetfluß erzeugt wird, der dem Magnetfluß des Magneten 14 entgegenwirkt. Der Anker 18 verschiebt sich dann aufgrund der Anziehung des Magnetflusses des Magneten 15. Der Anker 18 bleibt in dieser Position, bis die Spule B erregt ist, die den Anker 18 in die in Fig. 2 gezeigte Position zurückführt.

Die Ausführungsform der Fig. 1 kann so ausgelegt werden, daß sie in der in Fig. 2 gezeigten Weise betrieben wird, und umgekehrt.

In Fig. 3 ist ein Hülsen-Schieberventil dargestellt, das in der in Verbindung mit Fig. 1 oder 2 beschriebenen Weise betätigt werden kann.

Bei dieser Ausführungsform besitzt des Bauteil 18´´ eine Hülse 30 mit Stegen 31, die den Strömungsmittelfluß zwischen den Kanälen 32, 33 und 34, welche im Polstück 20´ ausgebildet sind, steuern. Das Bauteil 18´´ nimmt auch einen O-Ring 35 an jedem Ende zum abdichtenden Eingriff mit entsprechenden Öffnungen 36 und 37 der Kanäle 38 und 39 auf, die im Gehäuse so ausgebildet sind, daß sie innerhalb der Magnete 14 und 15 verlaufen. Nimmt das Bauteil 18´´ die in der Zeichnung dargestellte Position ein, tritt Strömungsmittel über den Kanal 32 ein und über den Kanal 33 aus, während weiteres Strömungsmittel über den Kanal 34 eintritt und über die Ankeröffnung 118 und den Kanal 39 austritt; die Öffnung 36 des Kanales 38 wird dabei durch den benachbarten O-Ring 35 verschlossen. In der anderen Position des Bauteiles 18´´ tritt Strömungsmittel, das in den Kanal 32 einströmt, über den Kanal 34 aus, wobei die Öffnung 37 des Kanales 39 geschlossen ist und der Strömungsmittelfluß, der über den Kanal 33 einströmt, tritt über den Kanal 38 über die Ankeröffnungen 118a aus.

In den Figuren 4 und 5 ist ein Tellerventil dargestellt, das in der in Verbindung mit Fig. 1 oder Fig. 2 beschriebenen Weise arbeiten kann.

Dieses Ventil wird so betätigt, daß es die verschiedenen Strömungsmitteldurchflüsse zwischen den Kanälen 32´, 33´, 34´, 38´ und 39´, die für die Ausführungsform nach Fig. 3 beschrieben wurden, ergibt. Bei dieser Ausführungsform wird die Hülse jedoch durch entsprechende O-Ringe 40 ersetzt, die auf dem Bauteil 18a aufgenommen sind und die entweder die Öffnung 41 oder die Öffnung 42 schließen und entsprechend die Öffnung 32´ mit der Öffnung 33´ und 34´ verbinden sowie im Polstück 20´´ enthalten sind. Bei dieser Ausführungsform ist auch eine Verteilervorrichtung 43 dargestellt, die äußere Verbindungen zu den Strömungsmitteldurchflußkanälen herstellt.

In Fig. 6 ist eine abgeänderte Ausführungsform eines Schaltventiles gezeigt, das in der in Fig. 1 oder in Fig. 2 dargestellten Weise arbeiten kann.

Bei dieser Ausführungsform sind zwei Öffnungen A´´ und B´´ in der Nähe des Magneten 14 und eine einzige Öffnung C´´ in der Nähe des Magneten 15 vorgesehen.

Dieses Ventil ist insbesondere so geschaltet, daß es drei unterschiedliche Strömungsmitteldurchflüsse ergibt:

a) Die Öffnung A´´ ist mit der Druckleitung verbunden. Wenn der Anker 18c so erregt wird, daß er sich nach rechts bewegt, wird Druck in die Öffnung B´´ über die vier Schlitze in dem Belag der Endkappe und die ringförmige Aussparung R´´ eingeführt, wie durch die Pfeile dargestellt. Wird der Anker 18c in der Weise erregt, daß er sich nach links bewegt, wird die Öffnung A´´ geschlossen und die Speiseöffnung B´´ geöffnet, so daß ein Auslaß über die Öffnung C´´ erfolgt.

b) Die Öffnung C´´ ist mit der Druckleitung verbunden. Wenn der Anker 18c sich nach links bewegt, wird die Öffnung B´´ zur Öffnung C´´ geöffnet, wie durch die gestrichelten Pfeile dargestellt, und die Öffnung A´´ wird geschlossen. Wenn der Anker 18c nach rechts zurückkehrt, wirkt die Öffnung A´´ als Auslaß.

c) Die Öffnung B´´ ist mit der Druckleitung verbunden. Wenn der Anker 18c nach links steht, erfolgt ein direkter Durchfluß zur Öffnung A´´.

In Fig. 7 ist eine abgeänderte Ausführungsform eines Hülsen-Schieberventiles dargestellt, das in der in Fig. 1 oder Fig. 2 dargestellten Weise arbeiten kann.

Bei dieser Ausführungsform wird der Strömungsmittelfluß zwischen Paaren von fünf Öffnungen 70 der Hülse 20´ unter Steuerung der drei Stege 71 auf der Hülse 18´´ in bekannter Weise gerichtet.

In Fig. 8 ist schematisch eine Betätigungsvorrichtung ähnlich der nach Fig. 1 dargestellt, mit der Ausnahme, daß Federn 80 und 81 vorgesehen sind, die auf die Welle 13 wirken. Die Anordnung ist so gewählt, daß der Magnetfluß, der von dem Magneten 14 und der Spule A erzeugt wird, größer ist als die Kraft der Feder 80, und der Magnetfluß, der von dem Magneten 15 und der Spule B erzeugt wird, größer ist als die Kraft der Feder 81. Wenn die Stromrichtung in der Spule A oder B umgekehrt wird, wird der Anker gegen die mittlere Position durch die Feder 80 oder 81 gedrückt. Eine derartige Anordnung kann bei allen vorstehend beschriebenen Ausführungsformen verwendet werden.

Claims (15)

1. Bistabile Betätigungsvorrichtung mit einem Magnetbauteil, das in einem Gehäuse aus magnetischem Material zwischen zwei Positionen verschiebbar angeordnet ist, in deren jeder das Bauteil positiv in der Nähe eines entsprechenden Permanentmagneten angeordnet ist, gekennzeichnet durch eine Polstückvorrichtung (20), die zentrisch zwischen den Permanentmagneten (14 und 15) angeordnet ist und sich von dem Gehäuse (10) in die Nähe des beweglich befestigten Bauteiles (18) erstreckt, und eine getrennte Spule (A, B), die innerhalb des Gehäuses (10) zwischen der Polstückvorrichtung (22) und jedem Permanentmagnet (14, 15) zur Erregung angeordnet ist, damit dem von dem benachbarten Permanentmagneten (14, 15) erzeugten Magnetfluß zumindest entgegengewirkt und eine Bewegung des Bauteiles (18) ermöglicht wird.

2. Bistabile Betätigungsvorrichtung mit einem Magnetbauteil, das in einem Gehäuse aus magnetischem Material zwischen zwei Positionen verschiebbar beweglich ist, in deren jeder das Bauteil positiv in der Nähe eines entsprechenden Permanentmagneten angeordnet ist, gekennzeichnet durch eine Polstückvorrichtung (20), die zentrisch zwischen den Permanentmagneten (14 und 15) angeordnet ist und sich von dem Gehäuse (10) in einen Schlitz (19) erstreckt, der in dem beweglich befestigten Bauteil (18) ausgebildet ist, und eine getrennte Spule (A, B), die innerhalb des Gehäuses (10) zwischen der Polstückvorrichtung (20) und jedem Permanentmagneten (14, 15) zur Erregung angeordnet ist, damit dem von dem benachbarten Permanentmagneten (14, 15) erzeugten Magnetfluß zumindest entgegengewirkt und eine Bewegung des Bauteiles (18) ermöglicht wird.

3. Bistabile Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungsvorrichtung zylindrisch ausgebildet ist und daß die Permanentmagneten (14, 15) jeweils einen axial magnetisierten Ringmagneten besitzen.

4. Bistabile Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, das jeder Ringmagnet (14, 15) auf einem Trägerbauteil (16, 17) aus magnetischem Material angeordnet ist, der an dem Gehäuse (10, 11) anliegt.

5. Bistabile Betätigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Permanentmagnet (14, 15) aus Samarium-Kobalt besteht.

6. Bistabile Betätigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß die Permanentmagneten (14, 15) so angeordnet sind, daß gleiche Pole gegen das beweglich befestigte Bauteil (18) gerichtet sind, wobei beide Spulen (A, B) so angeordnet sind, daß sie in Reihe oder parallel erregt werden, damit eine Verschiebung des beweglich befestigten Bauteiles (18) erzielt wird.

7. Bistabile Betätigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß die Permanentmagneten (14, 15) so angeordnet sind, daß ungleiche Pole gegen das beweglich befestigte Bauteil (18) gerichtet sind, wobei die Spule (A, B) in der Nähe des Permanentmagneten (14, 15), die das Bauteil (18) festlegt, so erregt wird, daß eine Verschiebung des Bauteiles (18) erzielt wird.

8. Bistabile Betätigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß eine Puffervorrichtung (21) auf dem beweglich befestigten Bauteil (18) oder auf der Polstückvorrichtung (20) angeordnet ist, damit gewährleistet wird, daß ein solches Bauteil in Abstand von den Permanentmagneten (14, 15) gehalten wird.

9. Bistabile Betätigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, daß das beweglich befestigte Bauteil (18) das Durchflußsteuerbauteil eines Strömungsmittelsteuerventils aufweist oder enthält.

10. Bistabile Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Strömungsmittelkanäle (23) in das Gehäuse (10, 11) in der Nähe eines jeden Permanentmagneten (14, 15) führen, wobei ein Paar durch das beweglich befestigte Bauteil (18) geschlossen und das andere Paar in das Innere des Gehäuses (10, 11) für eine Position des beweglich befestigten Bauteiles (18) und umgekehrt für die andere Position des beweglich befestigten Bauteiles (18) geöffnet ist.

11. Bistabile Betätigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1-9, dadurch gekennzeichnet, daß das beweglich befestigte Bauteil (18) die Hülse (31) eines Hülsen-Schieberventiles aufweist oder enthält, wobei der Schieber (20´) die Polstückvorrichtung (20) aufweist oder enthält.

12. Bistabile Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß ein Paar von Strömungsmittelkanälen (A´´, B´´) in das Gehäuse in der Nähe eines der Permanentmagneten (14) führen, und daß ein einziger Strömungsmittelkanal (C´´) in das Gehäuse in der Nähe des anderen Permanentmagneten (15) führt.

13. Bistabile Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (20´) fünf Strömungsmitteleinlaß-/Auslaßöffnungen (70) aufweist und daß die Hülse (31) mit drei Stegen (71) versehen ist.

14. Bistabile Betätigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1-13, dadurch gekennzeichnet, daß eine Feder (80, 81) so angeordnet ist, daß sie mit dem beweglich befestigten Bauteil (18) in wenigstens einer der positiv angeordneten Positionen zusammenwirkt.

15. Bistabile Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das beweglich befestigte Bauteil (18) das Steuerbauteil (18a) eines Tellerventils aufweist, und daß die Polstückvorrichtung (20´´) Einlaß/Auslaß-Öffnungen (32´, 33´, 34´) des Ventiles besitzt.